JPH01141809A

JPH01141809A - 高純度窒化アルミニウム粉末の製造法

Info

Publication number: JPH01141809A
Application number: JP29878787A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Tada; 清志多田; Eiji Yoshimoto; 吉本　栄治; Teruo Kitamura; 照夫北村; Eizo Isoyama; 礒山　永三
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Altemira Co Ltd
Priority date: 1987-11-26
Filing date: 1987-11-26
Publication date: 1989-06-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、熱伝導性、耐熱性、絶縁性に優れた電子材
料用基板、金属溶融器等の材料に使用される窒化アルミ
ニウム粉末（以下ＡρＮ粉末という）の製造方法、特に
浮上式直接窒化法によるＡρＮ粉末の製造方法に関する
。

従来の技術ＡΩＮ粉末の製造方法としては、へρ粉末からの直接窒
化法やアルミナ粉末からの炭素還元法などがあるが、工
業的には直接窒化法が一般に用いられている。

直接窒化法は、ＡΩ粉末と窒素（Ｎ２）ガスとを直接接
触反応せしめるものであるが、ＡＱ粉末の表面が窒化さ
れると初期段階でその表面に硬い安定な窒化アルミニウ
ム被膜ができ、−種のシェル構造を形成して内部への窒
化反応が抑制されてしまうため、形成されたＡＱＮ被膜
を破ってから更に窒化反応せしめる必要を生じる。この
ため、ＩＮ粉末の製造のためには、窒化反応と粉砕を繰
返す必要を生じ、粉砕工程での汚染による純度低下の問
題があった。

そこで、最近、上記欠点を排除しうる直接窒化法として
、浮上式によるＡ、ＱＮ粉末の製造方法が注目されてい
る。該浮上式直接窒化法は、耐熱材料たとえばアルミナ
焼結体からなる反応管中で、アルミニウム粉末をＮ２ガ
ス流で浮上させつ〜、高温に加熱して窒化反応を進行せ
しめるものであり、粉砕工程を要することなく焼結用の
細かい粒度のＡρＮ粉末、を得ることができる。

発明が解決しようとする問題点ところが、上記浮上式直接窒化法による場合、得られる
ＡＱＮ粉末において出発原料に含まれる不純物範囲を超
えたＳｌ、Ｍｇの含有が認められ、更には酸化によりＡ
ΩＮ粉末の純度の低下を来たしていることが認められた
。

そこで、本発明者らは上記純度低下の原因につき種々考
究したところ、反応管に用いているアルミナ焼結体に含
まれる焼結助剤及び反応管の内面に吸着している０２及
びＨ２０が、反応雰囲気を汚染し、純度低下、酸素含有
量の増大の要因をなしていることを解明し得た。即ち、
従来、反応管として一般に用いられているアルミナ焼結
体は、焼結助剤としてＳｉＯ２：２〜３％、Ｍｇ　Ｏ：
　１％、ＣａＯ：１％以下の程度に含むものであり、上
記焼結助剤に含むＭｇ。

Ｓｌによって反応管内の反応雰囲気に汚染を生じている
一方、表面部に吸着している酸素や水分によっても上記
汚染を生じていることが主要原因をなしていることが判
明した。

而して、この発明は、上記の解明に基づき、反応管によ
る反応雰囲気の汚染を防止して、−段と酸素含有量の少
ない高純度のＡＱＮ粉末の製造を可能とすることを目的
としてなされたものである。

問題点を解決するための手段この発明は、上記の目的達成手段として、アルミナ製の
反応管を、窒化反応操作の開始前に、予め窒素ガスを用
いてアニール処理することにより、反応管内壁に吸着し
ている０２　、Ｈ２０を取除き、更には汚染成分となる
Ｍｇ等を極力除去して反応管からの反応雰囲気の汚染を
防止するようにしたものである。

即ち、この発明は、前記の浮上式直接窒化法によるＡｆ
ｆＮ粉末の製造方法の実施において、特に、上記窒化反
応を開始する前に予め前記反応管を、窒素ガスにより温
度：　１０００〜１７００℃で所定時間アニール処理す
ることを特徴とするものである。

上記アニール処理の温度は、それが１０００時間未満で
は反応管内壁の清浄化効果に乏しく、また１７００°Ｃ
を超える高温で処理するときは、アルミナ反応管自体の
物性に悪影響を及ぼすおそれがある。最も好ましい処理
温度は概ね１４００〜１６００℃程度である。また、ア
ニール処理時間は特に限定されるものではないが、−船
釣に３０分未満では処理効果に不十分なものとなり易い
。しかし３時間をこえて長持間かけても、処理効果の格
段の増大は望めずむしろ時間及びエネルギーの損失の方
が大きい。最も好ましくは、１〜２．５時間程度の処理
で必要かつ十分である。

なお、製造されるＡΩＮ粉末の純度には、前記のように
反応管自体のアルミナ純度も大きく影響する。従って、
使用するアルミナ反応管は、焼結助剤として含有される
５１０２やＭｇ　Ｏの濃度の可及的低い高純度のＡｎ２
０３からなるものを用いることが望ましい。而して、該
反応管としては、焼結助剤としての５ｊ０２及びＭｇＯ
の濃度がいずれも０．１％以下であり、Ａρ２０３純度
が９９．５％以上に製作されたものを用いることが推奨
される。

次に、この発明による浮上式直接窒化法の実施の概要を
、第１図に示すプラント設備に基づいて説明すれば次の
とおりである。

この発明の実施のためのＡΩＮ製造装置は、大きく分け
て供給部（Ａ）と、反応部（Ｂ）と、捕集部（Ｃ）とを
具備し、これらが単一のガス流路としての移送配管系を
構成するように順次連結されたものである。

供給部（Ａ）は原料ＡΩ粉末（Ａｆｌ）を収容する粉末
容器（１）と、これにガス供給管（２）を介して高純度
Ｎ２ガスを給送するＮ２ガスボンベ（３）と、容器内底
部に設けられたアジテータ−（４）とを具備し、容器（
１）内に収容されたＡΩ粉末を、Ｎ２ガス供給管（２）
から導入されるＮ２ガス気流によって浮上させ、反応部
（Ｂ）へ向けて送り出すものとなされている。アジテー
タ−（４）は容器（１）内でのＡＱ粉末の凝集を防止し
、ｌ粉末をＮ２ガスの上昇気流に乗せるための補助的役
割を果すが、必ずしもこれを必要とするものではなく、
Ｎ２ガス流のみに依存して上記ＡΩ粉末の撹乱、浮上を
行わせるものとなすことも可能である。

反応部（Ｂ）は、耐熱性材料としてのアルミナ焼結体か
らなる反応管（５）と、その周りに配置された加熱装置
（６）とからなる。反応管（５）はその一端が直接また
は連結管を介して間接に供給部（Ａ）の粉末容器（１）
に連通接続されており、その内部を供給部からＮ２ガス
流に乗せ送られてくるＡＱ粉末が流通する。そして、そ
の流通過程で、加熱装置（６）からの加熱を受けてＡＲ
粒粉末Ｎ２ガスとの反応を生じ、ｌ粉末の窒化が達成さ
れる。ここに、窒化反応の初期段階では、Ａ［粉末はそ
の表面部のみが窒化されて硬いｉＮ被膜を形成し、内部
への窒化が阻害される現象をもたらすが、続いてそのま
〜反応管（５）中を移送される過程で更に昇温されるこ
とにより、連鎖的窒化反応を生じて、完全なる窒化がも
たらされると共に、Ａ、ＱＮ粉末の微細化が達成される
。即ち、加熱温度及び反応時間の増大とともに、反応初
期段階でＡΩ粉末表面に形成されたＡＱＮ被膜と内部の
未反応のＡΩとの熱膨張差と、更には恐らく蒸気圧差に
も基因して、ＡΩＮ被膜に亀裂が発生し、その部分でま
た新しい反応が生じ、その反応熱が蓄積された場合は反
応部付近の急激な温度上昇でＡΩＮ被膜の崩壊とともに
溶融ＡＱの飛び出しを伴いつ＼、反応が加速度的連鎖進
行を生じ、高純度なＡΩＮ粉末に生成される。

かつ表面のＡΩＮ被膜の亀裂による粉末内部からの未反
応溶融ｉの飛び出し、あるいは流出は、それによって粉
末の空洞化をもたらし、粉砕の容易なＡΩ中空粒子を形
成する一方、ＡＱＮ被膜の崩壊及び流出ＡＱの二次的窒
化は実質的に粉砕に相当する効果をもたらす。

捕集部（Ｃ）は、捕集容器（７）と、その上部に開口さ
れたフィルター（８ａ）付きのＮ２ガス排出口（８）と
を備え、捕集容器（７）の天板部が連結管（９）を介し
て反応部（Ｂ）の反応管（５）の上端に連通接続されて
いる。而して、反応部（Ｂ）を経てＮ２ガス流に乗って
連結管（９）から移送されてくる反応部のＡｆｌＮ粉末
は、捕集容器（７）内でＮ２ガスと分離され、その底部
に堆積する一方、Ｎ２ガスは排出口（８）から系外へ排
出される。

ところで、上記装置によるＡΩＮ粉末の製造・に際して
、この発明においては、ｌ粉末の窒化反応操作を開示す
る前に、供給部（Ａ）の容器（１）にＡＩｌ粉末を供給
しない状態のま〜、Ｎ２ガスボンベ（３）から反応管（
５）中にＮ２ガスを供給し、かつ加熱装置（６）による
加熱を行って反応管（５）をアニール処理し、これによ
って該管内壁に吸着している０２　、Ｎ２０を取除くと
共に、汚染原因となるＭｇ成分、Ｎ１成分等を可久的除
去し、続いて行われる窒化反応操作中の反応管内雰囲気
の汚染を防止し、酸素含有量の少ない高純度ＡΩＮ粉末
の製造を図るものである。

発明の効果この発明によれば、上述の次第で、浮上式直接窒化法に
よるＡρＮ粉末の製造方法において、窒化反応操作前に
予め反応管内に高温のＮ２ガスを導入してアニール処理
するから、該事前処理によって反応管内壁の吸着酸素、
水分を取除き、かつ反応管中の不純物成分をも可及的除
去して、窒化反応工程中の反応雰囲気の汚染を防止しう
る。従って、酸素含有量の少ない、高純度のＡｆｌＮ粉
末の製造を可能とする効果を実現する。

実施例添附図面に示した製造装置により、アトマイズ法によっ
て製造された純度９９．９９％（不純物Ｓｉ　　：　４
８ｐｐｍ　ＳＦｅ　：　２４ｐｐｍ　、　Ｍｇ　：５ｐ
ｐＩＩｌ）、平均粒径１５μｍの高純度アルミニウム粉
末を原料粉末として用い、これを供給部（Ａ）の粉末容
器（１）に投入したのち、該容器内にＮ２ガスボンベ（
３）から純度９９．　９９９％のＮ２ガスを供給すると
共に、アジテータ−（４）を駆動し、Ｎ２ガス流に乗せ
てＡΩ粉末を反応部（Ｂ）に向けて上昇移送せしめるも
のとした。ここに、反応管（５）として内径３５ｍｒｒ
ｔｓ長さ１０００１ｆｔ！１１のアルミナ管を使用し、
反応部（Ｂ）内でのガス流速を約１，０Ω／ｍｌｎにな
るものとした。そして、加熱装置（６）により反応部（
Ｂ）の温度、即ち反応管（５）内の温度を１５５０℃に
設定して反応させ、捕集部（Ｃ）の捕集容器（７）内に
微細なＡρＮ粉末を回収するものとした。

而して、上記窒化反応操作を開始する前に、予め、反応
管（５）中にＮ２ガスを１．０Ω／ｍｉｎの流速で流し
、１５００℃×２時間のアニール処理を施したのち、Ａ
Ｑ粉末の窒化処理を行って得られたＡＱＮ粉末の純度を
、上記アニール処理を行わないで製造されたＡΩＮ粉末
のそれと比較した。なお、使用する反応管（５）のアル
ミナ純度の影響も調べるため、比較例には、上記反応管
（５）に、焼結助剤として５１０２　：２〜３％、Ｍｇ
　Ｏ：　１％、Ｃａ　Ｏ：　０゜１％以下を含み、ＡΩ
２０３純度が約９５％であるアルミナ焼結体によるもの
（比較１）と、焼結助剤としての５ｉ０２、ＭｇＯをい
ずれも０．１％以下に使用してＡΩ２０３純度を９９゜
５％以上に製作したアルミナ焼結体によるもの（比較２
）との２種類を使用し、本発明によるものと比較した。

その結果を下記第１表に示す。

第１表上表に示されるように、本発明の実施によるときは、Ａ
Ω２０３純度を同じ、くする反応管を用いて、なおかつ
ＡＲＮ粉末中のＦ１３．、Ｓ１％Ｍｇ等の不純物成分の
含有を一層減少しうると共に、酸素含有量を減少し、−
段と高純度のＡＱＮ粉末を得ることができることを確認
し得た。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるＡΩＮ粉末製造装置の一例を示
す概略構成図である。（Ａ）・・・供給部、（Ｂ）・・・反応部、（Ｃ）・・
・捕集部、（１）・・・粉末容器、（３）・・・Ｎ２ガ
スボンベ、（５）・・・反応管、（６）・・・加熱装置
、（７）・・・捕集容器、（９）・・・連結管。以上

Claims

【特許請求の範囲】アルミナ焼結体からなる反応管中で、アルミニウム粉末
を窒素ガス流によって浮上させつゝ直接反応せしめる浮
上式直接窒化法による窒化アルミニウム粉末の製造方法
において、上記窒化反応を開始する前に予め前記反応管を、窒素ガ
スにより温度：１０００〜１７００℃で所定時間アニー
ル処理することを特徴とする、高純度窒化アルミニウム
粉末の製造法。